豐滿充實閉合電路歐姆定律的教學邏輯層次

張惠作

（越州中學，浙江 紹興 312075）

高中物理教學內容邏輯化處理策略包括3個策略：邏輯層次顯性化；邏輯層次認知化；邏輯層次細膩化.該策略是教師以扎實的專業知識為基礎，緊緊圍繞學生主體，準確定位，邏輯化處理教學內容，以“問題化”為手段，實現知識向學生有效轉化的一種教學策略.從信息加工心理學的視角看，顯性化是學生獲取、存儲學習信息加工的必要信息的有效策略；細膩化確保為學生提供完備的加工信息；認知化是知識邏輯基于學生最有效的認知信息加工過程而設計的教學流程，認知化有賴于顯性化和細膩化的支撐.基于該策略，本文對新課標人教版高中物理選修3-1中的“閉合電路歐姆定律”的教學邏輯層次進行了以下幾方面調整和豐滿充實.

1 調整教學內容的呈現順序，顯性化定律的適用條件和定律發現的歷史角度

從發現的歷史角度看，閉合電路歐姆定律是通過實驗歸納得到的實驗規律，但新課標人教版教材是從能量守恒角度邏輯推理理論演繹而得.以外電路為純電阻為理論演繹的邏輯起點，推理先得到定律公式、內容，再拓展得到結論“電動勢等于內外電壓之和”，教材中沒有顯性說明定律的歷史發現角度和適用條件.筆者教學中將理論演繹的邏輯起點和教學內容的呈現順序作了調整，從一般外電路（包括非純電阻）為起點，先得到結論“電動勢等于內外電壓之和”，再具體到純電阻，得到定律公式、內容，在此過程中凸顯了結論和定律的適用條件，并補充說明定律的發現歷史.具體邏輯層次設計如下.

（1）外電路電功為W外＝U外It；

（2）內電路電功為W內＝U內It；

（3）電源非靜電力做功為W非＝UIt；

（4）根據能量守恒有UIt＝U外It＋U內It；

（5）結論：E＝U外＋U內，適用各種電路；

（6）當內外電路為純電阻，有U外It＝I2Rt，U內It＝I2rt；

2 運用變式手段，深化對“外電阻”的認識

教材只在介紹電路結構時給出“外電阻”內涵，即外電路的總電阻，但缺乏變式拓展其外延，因而使不少學生對“外電阻”內涵理解不夠深刻，并影響到對定律中I的理解.筆者運用變式手段，拓展外延，增設了兩個對“外電阻”的認識邏輯層次.

在完成定律的教學之后，增設例題1，目的是通過外電阻的變式，加深對閉合定律歐姆定律公式中R和I的理解.

例題.有一電源，電動勢E＝3V，內阻r＝0.5Ω，另有兩個定值電阻，R1＝R2＝1Ω.求：（1）當兩個定值電阻串聯后接通電源，通過電阻R1電流和兩端電壓；（2）當兩個定值電阻并聯后接通電源，通過電阻R1電流和兩端電壓.

在路端電壓與負載電阻關系的教學過程中，增設了關于“外電阻”的再認識的邏輯層次.教學實踐表明，要使學生徹底搞清楚“外電阻”，必須關注開關.外電阻R外＝R線＋R用＋R開關，路端電壓即外電壓U外＝U線＋U用＋U開關，一般導線電阻很小，忽略不計，有R線≈0，U線＝0.關于開關，分兩種情況.當開關閉合時有R開關＝0，R外＝R用，U開關＝0，U外＝U用；當開關斷開時有R開關→∞，R外→∞，I＝0，U用＝0，U外＝U開關＝U.

這樣的教學邏輯層次教材上是沒有的，一般教師教學中也是沒有的.忽視開關造成學生對“外電阻”理解上的缺陷，導致斷路狀態下對路端電壓理解上的困惑，形成對路端電壓這個重點概念理解上的困難.路端電壓也指外電路總的電勢降落或總電壓，有U外＝U端＝IR，由于沒有關注開關，學生對外電路總電阻一般理解為用電器（或負載）的電阻.基于這一認識，當面臨如圖1電路開關斷開時，產生如下困惑：此時電阻R上的電壓為0，外電壓為0，但電壓表示數接近電動勢值，不是0，產生“矛盾”心理.當面臨圖2電路開關S閉合S′斷開情景時，電壓表示數為0，會形成此時路端電壓即外電壓為0的錯誤認識，這又和電源開路時路端電壓等于電動勢值相“矛盾”.就是說，忽視開關對外電阻的影響的教學，實際上忽視了學生由此造成對“路端電壓”、“外電壓”在斷路狀態下認識上的困惑和錯誤.也就是說，忽視開關的教學，外電阻的認識還有缺陷，不夠深刻，會導致“路端電壓”、“外電壓”在斷路狀態下的認識還不到位，教學重、難點實際上沒有完全突出和突破.

圖1

圖2

3 善于提問，設置激發學生認知沖突的教學邏輯層次

在路端電壓與負載電阻關系之前，教材安排一個演示實驗.在一節“閉合電路歐姆定律”公開課上，教師直接演示了外電阻變化引發的路端電壓的變化，這樣做只是“例行公事”.筆者在實驗前，先讓學生做一個預測：外電阻增大，電流表如何變化？學生會說，電流表示數減小.追問，為什么電流表示數減小？學生答：因為電壓不變，根據歐姆定律，電流隨電阻增加而減小.然后再進行演示，特別強調觀察電壓表示數是否變化.實驗目的在于引發學生的認知沖突，使其明白用原先的部分電路歐姆定律不能完美解釋新的現象，從而激發其真正的學習興趣和動機.

4 深刻把握教學內容，豐滿知識認知層次

教材在分析路端電壓與負載電阻關系的教學內容中只討論了兩種特殊情況，斷路（沒有用）和短路（不準用）.筆者覺得，還應當增設理想電源（非實用），內阻為0，內壓為0，外電壓或路端電壓總等于電動勢，不再隨外電阻變化而變化，所以，路端電壓隨外電阻變化的根本原因在于電源有內阻.這樣，通過學生對“沒有用”、“不準用”、“非實用”3種特殊狀態的理解，更加深刻領會路端電壓與負載電阻關系.

5 結束語

教師要想避免照本宣科，創造地用好教材，就要立足學生立場，運用教育學心理學規律，精心設計顯性的符合學生認知心理和學習規律的細膩豐滿的教學邏輯層次，使課堂教學富有成效.